JP5490404B2 - 画像復号装置 - Google Patents
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Description
d=ABS(p0−q0) ・・・(0−1)
ap=ABS(p2−p0) ・・・(0−2)
p0´=(p2+2×p1+2×p0+2×q0+q1)/8
p1´=(p2+p1+p0+q0)/4
p2´=(2×p3+3×p2+p1+p0+q0)/8
p0´=(2×p1+p0+q0)/4
ISO/IEC14496−10
符号化データから、フィルタパラメータ、予測残差信号及び予測信号を復号する復号手段と、前記復号手段により復号された予測残差信号を逆量子化及び逆変換することにより予測残差を生成する予測残差生成手段と、前記予測信号から予測画像を生成する予測画像生成手段を有し、前記予測残差と、前記予測画像を加算し復号画像を得る画像復号装置であって、
前記復号画像の各ブロック内のフィルタ処理の対象となる画素及び該画素付近の画素に重み係数をかけて加算することによってフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
前記フィルタ処理の対象となる画素付近における画素値の変化量を算出し、前記変化量を、前記変化量の大きさに基づいて1つ以上の所定の閾値によって分類し、その分類を示す値であるインデックスを算出するインデックス算出手段と、
を備え、
画像復号装置は、算出された前記インデックスに対応する復号された前記フィルタパラメータを重み係数としてフィルタ手段に出力することを特徴とする。
前記フィルタ手段は、ブロックに分割して符号化された画像情報を復号する際に、あるブロックと当該あるブロックに隣接する隣接ブロックとの境界近傍に位置する上記あるブロックに属する処理対象画素の画素値を補正する手段であって、
前記インデックス算出手段は、ブロックのサイズが、所定のサイズ以上の場合において、あるブロックに属するブロック境界に垂直な方向に沿って位置する互いに異なる画素の画素値間の絶対値差分と、隣接ブロックに属するブロック境界に垂直な方向に沿って位置する互いに異なる画素の画素値間の絶対値差分との和から、前記変化量を算出することを特徴とする。
[1.第1実施形態]
まず、第1実施形態として、本発明を適用した画像復号装置について説明する。
本発明を適用した画像復号装置について、図1を参照しつつ以下に説明する。図1は、第1実施形態に係る画像復号装置100の構成を示すブロック図である。
画像復号装置100に入力された符号化データは、まず、可変長符号化復号部114に入力される。可変長符号化復号部114は、符号化データの可変長復号により、フィルタ処理に用いる重み係数を指定するためのパラメータであるフィルタパラメータ及び予測方法を示す予測信号、変換・量子化された予測残差信号を復号する。
ここで、フィルタ部120について詳細に説明する。
d=ABS(p0−q0) ・・・(1−1)
を用いて差分値絶対値dを算出する。
差分値算出部401は、
d=ABS(r22−r32)+ABS(r22−r12)
+ABS(r22−r23)+ABS(r22−r21) ・・・(1−2)
を用いて差分値絶対値dを算出する。
画素値算出部404は、差分値算出部401において算出した差分値絶対値dが閾値Th1未満であるか否かを判定する。すなわち、d<αであるか否かを判定する(α=閾値Th1)。差分値絶対値dが閾値Th1未満である場合、すなわちd<αである場合、画素値算出部404は、フィルタ対象画素の画素値pkと、境界画素値q0から、フィルタ処理後の画素値pk´を算出する。
pk´= Wk×pk+(1―Wk)×q0 ・・・(1−3)
を用いて処理後の画素値pk´を算出する。Wkは、距離kにより定まる重み係数である。重み係数Wkは、後述の重み係数算出部403から出力された値を用いる。
式(1−3)を変形した以下の式によって算出する。
pk´= (Wk×pk+(32―Wk)×q0)/32 ・・・(1−4)
なお、上記説明では、フィルタ処理後の画素値pk´を、2つの画素値pkとq0のみから計算しているが、より多くの画素を用いる構成でも構わない。
pk´= Σαkx×px+Σβkx×qx+γk ・・・(1−5)
のように表現される。この場合、重み係数の数は、境界からの距離k毎に(l+m+1)個必要になる。
この場合、
pk´= αkk×pk+αk0×p0+βk0×q0+γk ・・・(1−6)
で表現される。
pk´= αkk×pk+(1−αkk―β0)×p0+βk0×q0
・・・(1−7)
となる。重み係数の数は、各pkに対し、2つ(αkk、βk0)である。
r22´= Σαij×rij+γ
を用いて算出する。
α4j=α0j
α3j=α1j
αi4=αi0
αi3=αi1
とすることも可能である。この場合、重み係数の数は9個に減らすことができる。
図5は、勾配評価部402の内部の構成を示すブロック図である。勾配評価部402は、差分算出部601と、勾配値算出部602と、勾配インデックス算出部603とを備えて構成されており、場合によって、周波数成分量算出部604を備えることとする。周波数成分量算出部604については、第2実施形態で説明するため、ここでは説明しない。
d_p0p2=ABS(p2−p0)
g=d_p0p2
により算出する。
d_rij=ABS(rij)―ABS(r22)
を算出し、勾配値算出部602は、差分算出部601で得られた差分値を用いて、勾配値gを
g=d_r42+d_r02+d_r24+d_r20
により算出する。
= 1 (g>T1 かつ g<=T2)
= 2 (g>T2 かつ g<=T3)
= 3 (g>T3)
T0、T1、T2、T3は判定の閾値を定める所定の定数であり、本実施形態では、
{T0、T1、T2、T3}={0、2、4、6}
を用いる。
重み係数算出部403は、勾配の大きさ毎に格納されたフィルタパラメータをフィルタパラメータ保存部119から読み出す。より、具体的には、勾配インデックスgi毎のフィルタパラメータK1、K2、・・・、Kn(nはパラメータ数を表す定数)を読み出す。
(表現形式a)フィルタパラメータは、フィルタ処理の重み係数を表す
(表現形式b)フィルタパラメータは、フィルタ処理の重み係数を算出する式のパラメータを表す。
Wk = K1 (k=0)
= K2 (k=1)
= 0 (k>2)
によって求める。
Wk = Kn (k=n−1)
= 0 (k>n)
によって求める。
Wk = K1 − K2 × k (k<K1/K2)
= 0 (k>=K1/K2)
によって求める。
αxk = Kαx1 (k=0)
= Kαx2 (k=1)
= 0 (k>1)
βxk = Kβx1 (k=0)
= Kβx2 (k=1)
= 0 (k>1)
γk = Kγ1 (k=0)
= Kγ2 (k=1)
= 0 (k>1)
により求める。
αkx = Kαx1+Kαx2×k (k<Kαx1/Kαx2)
= 0 (k>=Kαx1/Kαx2)
βkx = Kβx1+Kβx2×k (k<Kβx1/Kβx2)
= 0 (k>=Kβx1/Kβx2)
γk = Kγx1+Kγx2×k (k<Kγx1/Kγx2)
= 0 (k>=Kγx1/Kγx2)
により求める。
αij = Kz (z=i+5×j、i、jは0から4の整数)
= 0 (上記以外)
により求める。
αij=K1 − K2 × k (k<K1/K2)
=0 (k>=K1/K2)
により求める。但しk=ABS(i)+ABS(j)。
ところで、上記の説明では、表現形式aの場合には、画素Pkの重み係数に対応するフィルタパラメータが存在することを仮定している。しかし、画素Pkの重み係数に対応するフィルタパラメータが存在するわけではない。
W0 = WW0 (K=0)
W1 = K1 (K=1)
W2 = (K1+K3)/2 (K=2)
W3 = K3 (K=3)
W4 = (2×K3+WW6)/3 (K=4)
W5 = (K3+2×WW6)/3 (K=5)
に定める。なお、所定の定数WW0、WW6は、例えば0.45、0.0が適当である。
図8、図9、図10は、フィルタパラメータ保存部119における、フィルタパラメータの格納方法を説明するための図である。図8に示すとおり、フィルタパラメータ保存部119は、勾配インデックス毎にフィルタパラメータを格納する。フィルタパラメータは、複数の値からなるベクトルであり、K1、K2、・・・、Knで与えられる。フィルタパラメータ保存部119は、内部に格納された勾配インデックス毎のフィルタパラメータをフィルタ部120に出力する。
図11は、第2実施形態に係る画像復号装置200の構成を示すブロック図である。なお、第1実施形態と同様の部材に関しては、同一の符号を付し、その説明を省略する。図2に示すように、画像復号装置200は、予測部111と、可変長符号化復号部114と、逆量子化部115と、逆変換部116と、フレームメモリ117と、ブロックサイズ管理部201と、フィルタパラメータ保存部119と、フィルタ部120とを備えて構成されている。画像復号装置200の動作について以下に説明する。
可変長符号化復号部114は予測残差信号を復号する。ブロックサイズが4x4、8x8、32x32の場合は、ブロックサイズ分の変換係数を復号する。ブロックサイズ64x16の場合には、1024個の変換係数のうち所定の数(ここでは32個)のみを復号する。なお、本実施形態で復号可能な符号化データを符号化する符号化装置においてもブロックサイズが64x16の場合には変換係数のうち所定の数のみを符号化する。
Nh−Nv >= Th
を指す。
Nv−Nh >= Tv
を指す。
Nv−Nh >= Td
を指す。
ABS(C3)+ABS(C6)−2×(ABS(C5)+ABS(C9))
垂直方向優先指数V=
ABS(C5)+ABS(C9)−2×(ABS(C3)+ABS(C6))
水平方向優先指数H=
ABS(C3)+ABS(C6)−4×(ABS(C5)+ABS(C9))
垂直方向優先指数V=
ABS(C5)+ABS(C9)−(ABS(C3)+ABS(C6))
とすることが好適である。
S2502:最後の変換係数である場合(Rem=0)には、S2520に遷移し復号を終了する。最後の変換係数ではない場合(Rem>0)には、S2503に遷移する。
S2503:変換係数のランRとレベルLを復号し、スキャン位置Iと、変換係数の残数RemをI=I+R及びRem=Rem−1により更新する。
S2504:変換係数の位置Iが所定の数T以上である場合には、S2511に遷移する。所定の数T未満の場合には、S2505に遷移する。
S2505:水平方向優先指数Hを算出する。
S2507:スキャン方法Sを水平方向優先に設定する。
S2508:垂直方向優先指数Vを算出する。
S2509:垂直方向優先指数Vが0より大きい場合には、S2510に遷移する。それ以外の場合にはS2508に遷移する。
S2510:スキャン方法Sを垂直方向優先に設定する。
S2511:スキャン方法Sとスキャン位置Iで定まる変換係数の位置にS2503で得られたレベルLを格納する。なお、スキャン方法Sの選択肢として、水平方向優先、垂直方向に加え、対角方向優先を追加する方法も好適である。
図17、図18、図19は、ブロックサイズの設定方法を示す図である。図13、図14に示す方法では、使用するブロックサイズ4x4、8x8、32x32、64x16の最小公倍数となるブロックサイズ(ここでは64x32)の定数倍のブロックをマクロブロックとして扱う。この場合には、図18に示すように画面をマクロブロックに分割し、マクロブロック単位で処理を行う。
第2実施形態のフィルタ部120も、第1実施形態と同じく図3の通りであり、差分値算出部401と、勾配評価部402と、重み係数算出部403と、画素値算出部404とを備えて構成される。
d_p0p4 = ABS(p0−p4)
d_p0p8 = ABS(p0−p8)
d_p2p4 = ABS(p2−p4)
d_p4p8 = ABS(p4−p8)
d_q0q8 = ABS(q0−q8)
勾配値算出部602は、差分値を用いて、ブロックサイズ毎に異なる方法で、勾配値を算出する。
ブロックサイズが4x4、8x8の場合には、
g=d_p0p2
ブロックサイズが32x32の場合には、
g=d_p0p4+d_p4p8
ブロックサイズが64x16の場合には、水平境界の場合には、
g=d_p0p2+d_p2p4
を用い、垂直境界の場合には、
g=d_p0p8+d_q0q8
を用いる。
g=d_p0p4+d_p4p8+d_q0q8
= 1 (g>T0 かつ g<=T1)
= 2 (g>T1 かつ g<=T2)
= 3 (g>T3)
T0、T1、T2、T3は判定の閾値を与える所定の定数である。
{T0、T1、T2、T3}={0、3、6、12}
・・・ブロックサイズ4x4、8x8
{T0、T1、T2、T3}={0、2、4、6}
・・・ブロックサイズ32x32、64x16
を用いる。
勾配評価部402は、フレームメモリ117より読み出した画素値を用いて勾配値を算出するだけでなく、図5に示すように周波数成分量算出部604をさらに備え、逆変換部116から出力された変換係数の情報を用いても良い。
gi = 0 (低周波成分量<=TL0かつ、高周波成分量<=TH0)
= 1 (上記以外かつ、低周波成分量<=TL1かつ、
高周波成分量<= TH1)
= 2 (上記以外かつ、d_p0p2<=T1かつ、d_p0p2<=T2)
= 3 (上記以外)
なお、TL0、TH0、TL1、TH1は判定の閾値を定める所定の定数であり、例えば、TL0=50、TH0=50、TL1=200、TH1=50などがある。
gi = 0(低周波成分量<=TL0かつ、高周波成分量<=TH0)
= 1(上記以外かつ、低周波成分量<=TL1かつ、高周波成分量<=TH1)
= 2(上記以外かつ、高周波成分量<=TH1)
= 3(上記以外)
勾配評価部402は、また予測部111から出力された予測方法を示す予測信号を用いても良い。
= 1 (低周波成分量 <= TL1 かつ 高周波成分量 <= TH1)
= 2 (g>T1 かつ g<=T2)
= 3 (g>T3)
予測信号がDC予測でない場合には、変換係数の大きさによらず、画素値の差を用いて勾配インデックスgiを決定する。
第1実施形態で説明したとおり、重み係数算出部403は、フィルタパラメータK1、・・・、K2、Knにより重み係数を求める。フィルタパラメータの表現形式も、第1実施形態で説明したとおり、表現形式aと表現形式bを用いる。第2実施形態の重み係数算出部403は、ブロックサイズ管理部201から入力されたブロックサイズを用いて、ブロックサイズに応じて表現形式を変更する。
ブロックサイズが4x4、8x8の場合には、表現形式a
ブロックサイズが32x32、64x16の場合には、表現形式b
を用いる。
つづいて、本発明を適用した画像符号化装置について、第3実施形態として図を参照して説明する。
[3.1 画像符号化装置の構成]
図21は、第3実施形態に係る画像符号化装置300の構成を示すブロック図である。なお、第1実施形態、第2実施形態と同様の部材に関しては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
画像符号化装置300に画像が入力された画像はブロックに分解され、以下の処理がなさせる。予測部111は、入力ブロックに近い予測ブロックを生成する。減算部107は、入力ブロックと予測部111から出力される予測ブロックの差分値である差分値ブロックを計算する。
以下、フィルタパラメータ算出部118の動作を説明する。図22は、フィルタパラメータ算出部118の構成を示す図である。フィルタパラメータ算出部118は、差分値算出部401、勾配評価部402、学習用データ保存部501、パラメータ推定部502を備えて構成される。
学習用データ保存部501の動作を説明する前に、線形予測のパラメータを推定する方法について説明する。
y = a1×x1+a2×x2・・・・am×xm+ε
と表現できる(εは予測残差である)。
Y=XA+E
で表される。この式における残差E、より具体的にはεの二乗和を最小化するA(=A^)を求める問題は、正規方程式として一般に知られており、
XTXA^=XTY
である。
XTYのi行成分XYiは、
と表現される。上記式は、Σの中の値についてt=1からnまでの和を求めることを意味する。式中の値がtの時点で決まることを考えると、nの時点を待たず、t(t=1〜n)の各時点で逐次的に計算することができる。
データがt個の時点のXXijをXXijt、XYiをXYitとおけば、
データが1個である場合(t=1)のときのXX、XYを
XXij1=xi1xj1
XYi1=xi1y1
と計算しておき、データt(tは2からnの整数)が得られた時点で、逐次的に
XXijt=XXijt−1+xitxjt ・・・(3−5)
XYit=XYit−1+xityt ・・・(3−6)
のように、XX、XYの値を更新する。
次にフィルタ処理の場合の具体的な学習データについて説明する。境界からの距離kにおけるフィルタ対象画素Pkのフィルタ処理後の画素値をpk´とし、フィルタ対象画素と同じ側のブロックの境界からの距離iの画素の画素値pi(k=0〜l−1)、フィルタ対象画素の反対側のブロックの境界からの距離iの画素の画素値qi(i=0〜m−1)と、境界からの距離kのフィルタ対象画素に対する重み係数αki(i=0〜l−1)、βki(k=0〜m−1)、γkを用いて、
フィルタ処理は、
pk´= Σαki×pi+Σβki×qi+γk ・・・(3−7)
で表現される。
本実施形態のフィルタパラメータは、第1実施形態で説明したとおり、表現形式aと表現形式bで表現される。学習用データ保存部501は、フィルタパラメータがどの表現形式であるかによって、異なる学習用データを保存する。
pk´= Wk×pk+(1―Wk)×q0 ・・・(3−8)
で表現される。表現を変更すると
pk´―q0= Wk×(pk―q0) ・・・(3−9)
である。
で求める。
重み係数は
Wk = K1 − K2 × k (k<K2)
= 0 (k>=K2)
により求める。
pk´= (K1−K2×k)pk+(1―K1+K2×k)q0
= K1(pk―q0)+K2(k×q0−k×pk)+q0
と表現される。
ppk ― q0 = a1(pk―q0)+a2(k×q0−k×pk)+ε
となる。
x1=pk―q0
x2=k×q0−k×pk
として、式(3−5)、式(3−6)に示すとおりXXとXYを算出し保存すれば良い。
パラメータ推定部502は、学習用データ保存部501に保存されたデータを用いて、線形予測のパラメータを推定する。本実施形態の説明では最小二乗法による推定を用いる。
既に説明したm行m列の学習用データXX、m行の学習用データXYとした場合、誤差の2乗和を最小とする線形予測のパラメータAは、以下の正規方程式で示すことができる。
この正規方程式の解となるパラメータA^は、一般的にはXXの逆行列を求めることで算出可能である。
この分解により、正規方程式は、
LUA=XY
と表現される。
なお、学習用データが、ブロックサイズ別である場合にはブロックサイズ別にパラメータを求める。
A^=(XTX)−1XTY
により、パラメータを求める。パラメータの数が3つ以上の場合には、LU分解もしくはガウスの消去法を利用した方法によってパラメータを求める。なお、パラメータ数が1〜3の場合もLU分解もしくはガウスの消去法を用いた方法を用いても構わない。
200 画像復号装置
300 画像符号化装置
111 予測部
114 可変長符号化復号部
115 逆量子化部
116 逆変換部
117 フレームメモリ
118 フィルタパラメータ算出部
501 学習用データ保存部
502 パラメータ推定部
119 フィルタパラメータ保存部
120 フィルタ部
401 差分値算出部
402 勾配評価部
601 差分値算出部
602 勾配値算出部
603 勾配インデックス算出部
604 周波数成分量算出部
403 重み係数算出部
404 画素値算出部
201 ブロックサイズ管理部
312 変換部
313 量子化部
314 可変長符号化部
Claims (2)
- 符号化データから、フィルタパラメータ、予測残差信号及び予測信号を復号する復号手段と、前記復号手段により復号された予測残差信号を逆量子化及び逆変換することにより予測残差を生成する予測残差生成手段と、前記予測信号から予測画像を生成する予測画像生成手段を有し、前記予測残差と、前記予測画像を加算し復号画像を得る画像復号装置であって、
前記復号画像の各ブロック内のフィルタ処理の対象となる画素及び該画素付近の画素に重み係数をかけて加算することによってフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
前記フィルタ処理の対象となる画素付近における画素値の変化量を算出し、前記変化量を、前記変化量の大きさに基づいて1つ以上の所定の閾値によって分類し、その分類を示す値であるインデックスを算出するインデックス算出手段と、
を備え、
画像復号装置は、算出された前記インデックスに対応する復号された前記フィルタパラメータを重み係数としてフィルタ手段に出力することを特徴とする画像復号装置。 - 前記フィルタ手段は、ブロックに分割して符号化された画像情報を復号する際に、あるブロックと当該あるブロックに隣接する隣接ブロックとの境界近傍に位置する上記あるブロックに属する処理対象画素の画素値を補正する手段であって、
前記インデックス算出手段は、ブロックのサイズが、所定のサイズ以上の場合において、あるブロックに属するブロック境界に垂直な方向に沿って位置する互いに異なる画素の画素値間の絶対値差分と、隣接ブロックに属するブロック境界に垂直な方向に沿って位置する互いに異なる画素の画素値間の絶対値差分との和から、前記変化量を算出することを特徴とする請求項1に記載の画像復号装置。
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